两步缩聚法接枝端羟基超支化聚合物以改善碳纤维/环氧树脂复合材料的界面性能

碳纤维增强聚合物(CFRP)复合材料以其独特的轻质高强性能，在材料市场上为消费者提供了更多的选择。人们普遍认为CFRP的性能高度依赖于界面附着力，而界面附着力决定了载荷从基体向基体传递的方式纤维。然而未经处理的CF与基体之间几乎没有化学键或有效的物理相互作用，如范德华力、氢键或机械互锁，导致界面粘附强度较弱，即载荷不能在界面区域有效传递，CF复合材料优异的力学性能不能得到最大限度的发挥。

青岛大学的宋国君等人通过两步缩聚反应，将端羟基超支化聚合物（HBPH）接枝到碳纤维（CFs）表面以提高CFs增强环氧树脂复合材料（CF-HBPH）的界面性能。端羟基超支化聚合物可以提供大量的活性位点与环氧树脂反应，并形成“交叉桥”连接碳纤维和环氧基体，高度分支的结构有望增强碳纤维与环氧基体之间的机械锁定。试验结果表明，以γ-氨基丙基三乙基硅烷为偶联剂，HBPH可均匀接枝于CFs。

与未处理的CFs相比，经改性有效提高了CFs表面的极性、粗造度和润湿性，也明显改善了CF与环氧树脂之间的机械连锁和界面粘附，这有利于改进环氧树脂对CFs的机械应力传递，缓解应力集中。CF-HBPH增强的复合材料的界面剪切强度（IFSS）、弯曲强度和模量显著提高，分别为52.9%、29.1%和42.6%，且纤维的拉伸强度没有下降。这可归因为通过改善化学相互作用和机械互锁，纤维-环氧树脂的界面相互作用得到增强，这与复合材料断口表面进行的扫描电子显微镜的观察结果一致。该方案易于实施，为CF的功能化和提高复合材料的界面性能提供了有价值的指导。

文献来源：Lichun Ma,* Gang Wang, Xiaoru Li, Chao Yang, Hao Zheng, Chaoyong Yu, Quanjiang Li, Jianpeng Xin, Baokang Lv, Yuehang Shen, Guojun Song*. POLYM. COMPOS., 2019, 40: E1378-E1387.